PROYECTO CONSTRUCTIVO DE NUEVO ACCESO OESTE JUNTO AL CANAL XÚQUER-TÚRIA AL CENTRO COMERCIAL BONAIRE (VALENCIA) INDICE

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1 INDICE 1 OBJETO PERIODO DE RETORNO CARACTERIZACIÓN DE LAS CUENCAS VERTIENTES MODELO DE INFILTRACIÓN MODELO PLUVIOMÉTRICO. PRECIPITACIÓN MÁXIMA DIARIA Y DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LA LLUVIA CÁLCULO DE LOS HIDROGRAMAS... 6 APÉNDICE 1: SALIDAS DEL PROGRAMA DE CÁLCULO Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

2 1 OBJETO El objeto del presente anejo es el cálculo y dimensionamiento de la red de aguas pluviales de la actuación. Debido al proceso de urbanización del sector donde se implanta la actuación, se pueden diferenciar dos etapas para el desarrollo de la red de drenaje de la zona: 1. En la fase actual, antes del desarrollo de los sectores AM-6 de Aldaia y Sector 3 de Quart de Poblet, se trata de asegurar el paso de la escorrentía superficial que se genera entre la presente actuación y la urbanización de Aspocid y Silomar. Este drenaje se asegura con la disposición de cuatro conductos de drenaje transversal, tres de ellos de diámetro 600 mm y uno de ellos de 400 mm. Este último es de 400 mm con el fin de poder disponerlo lo más cercano posible a la rotonda junto a Bonaire, debido a la escasa altura del terraplén en esa zona. Por otro lado, la escorrentía del propio vial que se proyecta se recoge con un colector de hormigón armado de diámetros comprendidos entre 600 y 1200 mm, que a su vez soluciona el drenaje de los futuros desarrollos adyacentes. 2. En la fase futura, con el desarrollo de los sectores AM-6 y Sector 3, se genera una escorrentía adicional que será recogida por el citado colector de hormigón armado de diámetro comprendido entre 600 y 1200 mm. El cálculo de este colector en la situación futura está desarrollado en el presente anejo. 3 CARACTERIZACIÓN DE LAS CUENCAS VERTIENTES La cuenca considerada se corresponde con los Sectores AM-6 de Aldaia y Sector 3 de Quart de Poblet. El objetivo es tener previsto el funcionamiento de la red bajo condiciones excepcionales. En este supuesto, se contempla una cuenca vertiente mayorada que no recoja exclusivamente la escorrentía que le corresponde por topografía. Para ello se añade a la cuenca vertiente estricta el área comprendida hasta la vía de servicio de la A-3 por el norte. Aunque en la actualidad, la mayor parte de esta cuenca es relativamente permeable, se ha considerado en los cálculos la situación futura; es decir, con dicha cuenca urbanizada. Resumen de características de la cuenca: Área total 20,56 Ha Área impermeable 75% Coeficiente n Manning zona impermeable 0,013 Coeficiente n Manning zona permeable 0,24 Almacenamiento en depresión zona imperm. 2,5 Almacenamiento en depresión zona perm. 7,5 En la siguiente figura se muestran las distintas subcuencas en la hipótesis que se ha considerado para el cálculo de escorrentía generada por cada una de ellas: 2 PERIODO DE RETORNO El periodo de retorno considerado en los cálculos ha sido de 10 años. Este valor es usual en los cálculos de las redes de aguas pluviales de urbanización. Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

3 Conforme el suelo se vaya saturando de agua, la escorrentía adquirirá un porcentaje cada vez mayor de la lluvia, que tenderá al 100%. El modelo del S.C.S. asume por tanto la existencia de un umbral de escorrentía (P0) por debajo del cual las precipitaciones no provocan escorrentía. Este valor actúa como una intercepción inicial antes de evaluar qué parte de ésta escurre superficialmente E, y qué parte es retenida R. La unión de todas estas ideas que fundamentan el método puede expresarse en la siguiente formulación: E = 0 P P mientras 0 ( P P0 ) E = P + 4P 0 2 P > P si 0 P = lluvia acumulada desde el comienzo del aguacero hasta el instante considerado E = componente de lluvia neta o escorrentía provocada por Finalmente, la formulación propuesta por el S.C.S depende de un único parámetro: P 5000 = CN 0 50 P 4 MODELO DE INFILTRACIÓN No toda la lluvia que genera una tormenta contribuye a la formación del caudal que se pretende obtener en un estudio hidrológico, debido a que parte es retenida en superficie, interceptada por la vegetación, almacenada en depresiones o infiltrada. A esta parte de la lluvia que no genera escorrentía superficial se la denomina pérdidas o abstracciones hidrológicas La infiltración, generalmente el factor más importante de las pérdidas, es función principalmente del tipo y condiciones de la cobertura vegetal, de las propiedades físicas del suelo (incluido su contenido de humedad) y de la duración e intensidad de la lluvia. El modelo del Soil Conservation Service (S.C.S.) es el utilizado en el presente estudio para obtener la lluvia efectiva, debido a la gran profusión de dicho método así como a la facilidad de obtener los parámetros del mismo y su buen comportamiento en los tipos de cuencas como la del estudio. Este método se basa en que la precipitación en el inicio de un aguacero será absorbida y retenida por el suelo hasta un punto P0 o umbral de escorrentía, que dependerá de la pendiente, de la naturaleza y usos del suelo de la cuenca vertiente, umbral a partir del cual se iniciará la escorrentía. Siendo CN el número de curva del S.C.S. y estando expresado P0 en mm. El número de curva CN es un valor entero comprendido entre 0 y 100 y está unívocamente relacionado con el umbral de escorrentía P0 mediante la expresión anterior, por lo que es indistinto usar uno u otro concepto. El valor del umbral de escorrentía P0 en una determinada cuenca y para unas condiciones dadas de humedad, es función de: Capacidad de infiltración del suelo litología y edafología. Usos del suelo y actividades agrarias. Pendiente del terreno. Dado que el software empleado tiene en cuenta este modelo de infiltración para las zonas permeables, y en nuestra actuación las zonas permeables son las zonas verdes de la urbanización, se ha tomado un número de curva igual a 50. Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

4 5 MODELO PLUVIOMÉTRICO. PRECIPITACIÓN MÁXIMA DIARIA Y DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LA LLUVIA Las precipitaciones diarias máximas contempladas en el presente estudio hidrológico proceden del análisis estadístico regional publicados por el CEDEX Máximas lluvias diarias en la España Peninsular. La publicación del CEDEX incluye la aplicación informática MAXPLU con la que, mediante la introducción de las coordenadas de un punto geográfico enmarcado en la España Peninsular, se pueden obtener los valores de precipitación máxima diaria asociada a distintos periodos de retorno. Por lo tanto, dado que las coordenadas UTM Huso 30 del entorno de Bonaire son las siguientes: X = ,00 m Y = ,00 m Se obtiene una Precipitación Máxima Diaria para T = 10 años de Pt = 123 mm. En cuanto a la determinación de la distribución temporal de la lluvia, la construcción de tormentas sintéticas por el método de bloques alternos es uno de los métodos más empleado internacionalmente. Para la construcción de chaparrones teóricos representativos de una tormenta máxima asociada a un periodo de retorno, es necesario disponer de una curva intensidad-duraciónfrecuencia previa (curva IDF), a partir de la cual se toman las intensidades máximas de lluvia para una duración dada. La curva IDF más empleada en España en la actualidad es la basada en un trabajo de Témez (1987) y recogida en la actual Instrucción 5.2-IC de Drenaje Superficial de Carreteras (1990). Analizando las curvas obtenidas se comprobó que para una misma estación había una afinidad entre las correspondientes a distintos periodos de retorno, expresada de manera adimensional: pluviométrico. I I d = α(d) Con Id = Pd/24, siendo esta ley característica en cada estación y función del régimen En el capítulo 2 de la Instrucción 5.2-IC se propone caracterizar esta ley mediante el parámetro (I1/Id), cociente entre la intensidad horaria y diaria que ha sido regionalizado a nivel nacional como se muestra en la figura que anteriormente se ha adjuntado: La expresión analítica propuesta en la Instrucción 5.2-IC es la siguiente: I I t d I = I 1 d Dónde: It (mm/h): Intensidad media correspondiente al intervalo de duración t deseado. Id (mm/h): Intensidad media diaria de precipitación, correspondiente al periodo de retorno deseado. Es igual a Pd/24. Pd (mm/h): Precipitación total diaria correspondiente a dicho periodo de retorno. I1/Id: Cociente entre la intensidad horaria y la diaria, independiente del periodo de retorno. Para la zona de la cuenca de estudio es igual a 11. t(h) : duración del intervalo al que se refiere It. La distribución temporal de la lluvia se ha llevado a cabo según el método de los bloques alternos, cuya hipótesis fundamental es asumir, para cualquier intervalo de tiempo, la intensidad media más desfavorable. El proceso de cálculo de la tormenta por bloques alternos, para un periodo de retorno determinado, es el siguiente: - Se fijan n intervalos de tiempo de duración t, de manera que la duración total de la tormenta sea igual a n t. - Se obtienen a partir de la curva IDF las intensidades de precipitación correspondientes a cada una de las duraciones, i(k t). - El valor de intensidad correspondiente a cada uno de los n bloques que conforman la tormenta se define de la siguiente forma: b = i( ) 1 t b1 + b2 2 k 1 1 k b j = i(2 t) = i( k t) Por lo que despejando la intensidad correspondiente a un bloque k resulta: t Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

5 b = k i( k t) k k b j 1 - Finalmente, los bloques se reordenan en una secuencia temporal de manera que la intensidad máxima ocurra en el centro de la tormenta, y que los demás bloques queden en orden de intensidad decreciente alternativamente a derecha e izquierda del bloque central. 1 Con estas premisas, y por medio de la aplicación informática creada ad hoc por el Programa FLUMEN de Formación Permanente en recursos hídricos de la Universitat Politècnica de Catalunya, se obtiene el siguiente hietograma: T = 10 años, Pt = 123 mm, duración = 1 hora: Por otra parte, en ausencia de datos específicos de duración de chubascos, para este tipo de pequeñas cuencas urbanas se considera razonable considerar una duración de lluvia igual a 1 hora. Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

6 Los valores para cada bloque son los que a continuación se adjuntan: Programa de distribución de lluvia por Bloques Alternados Curva IDF según la Dirección General de Carreteras Precipitación Máx 24 hr. = 123,00 mm Factor Regional = 12 Duración de la lluvia = 60 min 6 CÁLCULO DE LOS HIDROGRAMAS Para abordar la modelación pseudodistribuida en el sistema hidrológico planteado se ha utilizado el programa SWMM (Storm Water Management Model), desarrollado por la U.S. Environmental Protection Agency, versión 5.0. SWMM es un software diseñado para simular procesos de precipitación escorrentía en sistemas hidrológicos. El programa provee un completo entorno de trabajo integrado: base de datos, utilidades de entrada de datos, simulación y herramientas interactivas de consulta de resultados; todo ello en una interfase gráfica de sencilla utilización. Intervalo de tiempo = 5 min 6.1 ESQUEMA DE CÁLCULO Delta Tiempo Precipitación Intensidad (minutos) (mm) (mm/hr) 5 2,08 25, ,44 29, ,98 35, ,86 46,29 Se ha representado un único colector, con una serie de nudos intermedios, que circula por debajo del vial de nueva construcción. Asimismo, se han modelizado las subcuencas citadas en apartado anterior, y se ha conectado cada una de ellas al nudo más cercano. El punto de salida del nuevo colector es la conexión al tubo de 1400 mm de diámetro que discurre desde la nueva rotonda proyectada hacia el este, paralelo al Factory Bonaire. El pozo de conexión presenta una cota absoluta actualmente de +57,72 m. La cota prevista de conexión del nuevo colector es la +58,00 m. 25 5,72 68, ,11 229, ,94 95, ,58 54, ,35 40, ,68 32, ,25 26, ,94 23,30 Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

7 Así pues, el proceso de cálculo es el siguiente: A continuación se presenta una figura con el esquema de cálculo utilizado: 1. En cada subcuenca se produce la transformación lluvia-escorrentía según el modelo de infiltración definido y las características de la cuenca (superficie, rugosidad, almacenamiento en depresión ) 2. El caudal generado por la escorrentía de la cuenca se introduce en el nudo en el que se ha elegido, normalmente el más cercano al punto bajo de la cuenca. Este caudal introducido en cada nodo se da en forma de hidrograma, es decir, caudal en función del tiempo. 3. El software realiza un cálculo hidráulico en función del tiempo de todos los colectores, de forma que identifica si uno de ellos entra en presión por exceso de caudal entrante en los nudos (que representan los pozos en un sistema de este tipo) 4. De forma iterativa, si alguno de los colectores entra en presión, se le asigna el diámetro comercial siguiente, hasta que finalmente se llega a la solución bajo la cual ninguno de los colectores entra en presión para la lluvia de diseño del periodo de retorno elegido. Tal y como se ha indicado, se efectúa el cálculo con los siguientes datos: Subcuenca 10: 2,76 Ha Subcuenca 11: 2,16 Ha Subcuenca 12: 1,67 Ha Subcuenca 13: 4,27 Ha CARACTERIZACIÓN DE SUBCUENCAS Subcuenca 14: 5,17 Ha Subcuenca 15: 5,68 Ha Área total 21,71 Ha Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

8 6.2 RESULTADOS A continuación se identifican en el esquema los valores para las áreas de cada subcuenca. El principal resultado que se deriva del cálculo es el diámetro de cada tramo de colector, que está representado en el plano correspondiente del documento Planos. Tramo 1: Ø 600 Tramo 2: Ø 600 Tramo 3: Ø 800 Tramo 4: Ø 800 Tramo 5: Ø 1000 Tramo 6: Ø 1000 Tramo 7: Ø 1200 Tramo 8: Ø 1200 Los colectores serán de hormigón armado y pendientes comprendidas entre 4 y 8. Se realizará por parte del Contratista el seguimiento y control de la correcta ejecución de las uniones entre tubos y entre tubos y pozos, para garantizar la circulación de las aguas pluviales. Así mismo, se comprobarán las pendientes en cada uno de los tramos ejecutados. Una vez finalizada la ejecución de un tramo, y antes de rellenar la zanja, el Contratista realizará una inspección con equipo de cámara de TV. A continuación se presentan otros resultados que son interesantes para conocer el funcionamiento del modelo: Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

9 1. Evolución del calado en el punto de vertido (nudo 9): 3. Evolución de la capacidad del último tramo de colector antes del vertido (línea 8). La capacidad indica la relación entre el caudal trasegado y el caudal máximo que esa sección es capaz de transportar. Es decir, si es menor que 1 en todo momento, el colector no entra en presión: 2. Evolución del caudal en el último tramo de colector antes del vertido (línea 8): 4. Evolución de la capacidad de la línea 7 Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

10 5. Evolución de la capacidad de la línea 6 7. Evolución de la capacidad de la línea 4 6. Evolución de la capacidad de la línea 5 8. Evolución de la capacidad de la línea 3 Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

11 9. Evolución de la capacidad de la línea Comparativo de la evolución de la capacidad de las líneas 4, 5, 6, 7 y Evolución de la capacidad de la línea Comparativo de la evolución del caudal en las líneas 4, 5, 6, 7 y 8. Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

12 Por último, a continuación se muestra una imagen del perfil longitudinal del colector en el momento de caudal punta dentro de él; es decir, en el minuto 40 desde el inicio de la lluvia: 6.3 CONCLUSIÓN: La conducción proyectada es capaz de desaguar la tormenta de diseño, habiendo considerado una cuenca vertiente mayorada. A continuación se presenta una tabla con los datos de capacidad de cada línea durante el intervalo considerado. El valor más desfavorable corresponde a una capacidad del 90% en el tramo 2 durante el minuto 45. Tabla - Línea Capacidad Línea Línea Línea Línea Línea Línea Línea Línea Horas :05: :10: :15: :20: :25: :30: :35: :40: :45: :50: :55: :00: :05: :10: :15: :20: :25: :30: :35: :40: :45: :50: :55: :00: :05: :10: :15: :20: :25: :30: :35: :40: :45: :50: :55: :00: Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

13 APÉNDICE 1: SALIDAS DEL PROGRAMA DE CÁLCULO Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

14 STORM WATER MANAGEMENT MODEL - VERSION 5.0 ve (Build ve) Traducido por el Grupo Multidisciplinar de Modelación de Fluidos Universidad Politécnica de Valencia ********************************************************* NOTA: El resumen estadístico mostrado en este informe se basa en los resultados obtenidos en todos los intervalos de cálculo, no sólo en los intervalos registrados en el informe. ********************************************************* ******************** Opciones de Análisis ********************* Unidades de Caudal... CMS Modelos utilizados: Lluvia/Escorrentía... SI Deshielo de Nieve... NO Flujo Subterráneo... NO Cálculo Hidráulico... SI Permitir Estancamiento... SI Calidad del Agua... NO Método de Infiltración... CURVE_NUMBER Método de Cálculo Hidráulico... DYNWAVE Fecha de Comienzo... FEB :00:00 Fecha de Finalización... FEB :00:00 Días Previos sin Lluvia Report Time Step... 00:05:00 Intervalo para Tiempo de Lluvia... 00:05:00 Intervalo para Tiempo Seco... 01:00:00 Intervalo de Cálculo Hidráulico s ********************** Errores de Continuidad ********************** ************************** Volumen Altura Escorrentía Superficial ha m mm ************************** Precipitación Total Pérdidas Evaporación Pérdidas Infiltración Escorrentía Superficial Almacen. Final en Sup % Error Continuidad ************************** Volumen Volumen Cálculo Hidráulico ha m 10^3 m3 ************************** Aporte Tiempo Seco Aporte Tiempo Lluvia Aporte Ag. Subterranea Aportes dep. Lluvia Aportes Externos Descargas Externas Descargas Internas Perdidas Almacenamiento Vol. Almacenado Inicial Vol. Almacenado Final % Error Continuidad ****************************************** Incremento de Tiempo de Elementos Críticos ****************************************** Línea 3 (63.00%) Línea 8 (6.48%) ******************************** Máximos Índices de Inestabilidad ******************************** Todas las líneas son estables. ****************************************** Resumen de Intervalo de Cálculo Hidráulico ****************************************** Intervalo de Cálculo Mínimo: seg Intervalo de Cálculo Medio: seg Intervalo de Cálculo Máximo: seg Porcentaje en Reg. Permanente: Nº medio iteraciones por instante: Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

15 ********************************************** Resumen de Escorrentía en Subcuencas ********************************************** ************************************ Resumen de Aportes en Nudos ************************************ Precip Aporte Evap Infil Escor. Escor. Escor. Coef. Total Total Total Total Total Total Punta Escor. Subcuenca mm mm mm mm mm 10^6 ltr CMS Sistema ******************************** Resumen de Nivel en Nudos ******************************** Nivel Nivel Altura Instante Medio Máximo Máxima Nivel Máx. Nudo Tipo Metros Metros Metros días hr:min JUNCTION :40 2 JUNCTION :45 3 JUNCTION :41 4 JUNCTION :41 5 JUNCTION :41 6 JUNCTION :41 7 JUNCTION :37 8 JUNCTION :37 9 OUTFALL : Aporte Aporte Instante Volumen Volumen Lateral Tota de Aporte Aporte Aporte Máximo Máximo Máximo Lateral Total Nudo Tipo CMS CMS días hr:min 10^6 ltr 10^6 ltr JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : JUNCTION : OUTFALL : **************************************** Resumen de Sobrecarga en Nudos **************************************** No hay ningún nudo en carga. *************************************** Resumen de Inundación en Nudos *************************************** No hay inundación en ningún nudo. ************************ Resumen de Vertidos ************************ Frec. Caudal Caudal Volumen Vertido Medio Máximo Total Nudo de Vertido % Porc. CMS CMS 10^6 ltr Sistema Septiembre de 16 Hidrología y drenaje

16 *********************************** Resumen de Caudal en Líneas *********************************** Caudal Instante Veloc. Caudal Nivel Máximo Caudal Máx Máxima Máx/ Máx/ Línea Tipo CMS días hr:min m/sec Lleno Lleno CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : CONDUIT : ************************ Resumen de Tipo de Flujo ************************ Longitud - Fracción de Tiempo en Tipo de Flujo - Número Variac Ajustada Seco (Caudal 0) Sub- Super Crítico Froude Media Conducto /Real Todo Ini. Final Crít. Crít. Ini. Final Medio Caudal ********************************** Resumen de Sobrecarga de Conductos ********************************** Horas Horas Horas Lleno Q > Q unif. Capacidad Conduit Ambos Ext Ext.Ini. Ext.Fin. Tubo Lleno Limitada Instante de inicio del análisis: Mon Mar 25 12:54: Instante de finalización del análisis: Mon Mar 25 12:54: Tiempo total transcurrido: < 1 s Septiembre de 16 Hidrología y drenaje